燃料電池系統(tǒng)中的殘留水掃氣處理方法及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)中的殘留水掃氣處理方法及燃料電池系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)主張基于在2014年11月7日提出申請(qǐng)的申請(qǐng)編號(hào)2014-227017號(hào)的日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)中的殘留水掃氣處理。
【背景技術(shù)】
[0003]在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止后環(huán)境溫度下降而成為冰點(diǎn)下時(shí)，在構(gòu)成燃料電池(電池組)的單電池的內(nèi)部、形成于燃料電池內(nèi)部的反應(yīng)氣體流路及外部配管等中，水可能會(huì)凍結(jié)。在單電池內(nèi)的催化劑層或氣體擴(kuò)散層的細(xì)孔中發(fā)生了水凍結(jié)的情況下，在燃料電池系統(tǒng)的下次起動(dòng)時(shí)氣體擴(kuò)散性下降而發(fā)電性能下降。而且，在設(shè)于反應(yīng)氣體流路的閥處發(fā)生了水凍結(jié)的情況下，閥的開閉受到阻礙而反應(yīng)氣體或廢氣的流通受到阻礙。因此，提出了如下的方法:在燃料電池系統(tǒng)停止后測定燃料電池的溫度或環(huán)境溫度，在這些溫度成為了規(guī)定的溫度以下的情況下執(zhí)行殘留水掃氣處理，將燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的水排出。在JP2010-198786A中公開了如下的方法:在搭載有燃料電池系統(tǒng)的車輛的點(diǎn)火裝置切斷時(shí)燃料電池溫度為規(guī)定溫度以下的情況下，對(duì)燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)及氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行殘留水掃氣。而且，在JP2008-218242A中公開了如下的方法:在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)停止期間中測定環(huán)境溫度，在環(huán)境溫度為規(guī)定溫度以下的情況下，對(duì)燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)及氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行殘留水掃氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了更可靠地防止燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的水的凍結(jié)，設(shè)想了如下結(jié)構(gòu):將上述的2個(gè)方法組合，在點(diǎn)火裝置切斷時(shí)根據(jù)燃料電池的溫度來進(jìn)行殘留水掃氣處理，且在燃料電池系統(tǒng)停止中根據(jù)環(huán)境溫度來進(jìn)行殘留水掃氣處理。然而，在上述結(jié)構(gòu)下，存在如下問題:殘留水掃氣處理的次數(shù)較多，因此空氣壓縮器及氫氣的噴射器等執(zhí)行殘留水掃氣處理的裝置中的消耗電力增大。而且，存在如下問題:在點(diǎn)火裝置切斷時(shí)執(zhí)行殘留水掃氣處理的情況下，盡管點(diǎn)火裝置切斷，但是到殘留水掃氣處理完成為止，產(chǎn)生有與空氣壓縮器等的動(dòng)作相伴的振動(dòng)和噪音，因此給使用者帶來不適感。因此，期望一種能抑制殘留水掃氣處理所需的消耗電力且抑制給使用者帶來不適感，并能夠抑制燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的水的凍結(jié)的技術(shù)。
[0005]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，能夠作為以下的方式實(shí)現(xiàn)。
[0006](I)本發(fā)明的一方式，提供一種具有燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)及氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)中的殘留水掃氣處理方法。該殘留水掃氣處理方法包括:在所述燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中預(yù)測所述燃料電池系統(tǒng)的外部溫度是否會(huì)成為第一規(guī)定溫度以下的第一預(yù)測工序；在所述第一預(yù)測工序中預(yù)測為所述外部溫度會(huì)成為所述第一規(guī)定溫度以下的情況下，僅對(duì)所述燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)及所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)中的所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理，然后停止所述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的工序；在所述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止后預(yù)測所述燃料電池系統(tǒng)中包含的規(guī)定部件的溫度是否會(huì)成為第二規(guī)定溫度以下的第二預(yù)測工序；及在所述第二預(yù)測工序中預(yù)測為所述規(guī)定部件的溫度會(huì)成為所述第二規(guī)定溫度以下的情況下，對(duì)所述燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理的工序。
[0007]根據(jù)該方式的殘留水掃氣處理方法，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止前，僅對(duì)燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)及氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)中的氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理，而不對(duì)燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理，因此與燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)也一并進(jìn)行殘留水掃氣處理的結(jié)構(gòu)相比，能夠抑制殘留水掃氣處理用的消耗電力。而且，能夠縮短處理時(shí)間，因此能夠減輕給使用者帶來的不適感。而且，由于在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止前進(jìn)行氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)的殘留水掃氣處理，因此與運(yùn)轉(zhuǎn)停止后進(jìn)行殘留水掃氣處理的結(jié)構(gòu)相比，能夠在更高溫的環(huán)境下對(duì)氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行掃氣。因此，能夠?qū)⑷剂想姵氐年帢O內(nèi)的水作為水蒸氣排出，能夠更可靠地排出陰極內(nèi)的水。而且，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止后，在預(yù)測到規(guī)定部件的溫度會(huì)成為第二規(guī)定值以下的情況下，對(duì)燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理，因此與運(yùn)轉(zhuǎn)停止前相比，能夠在更低溫的環(huán)境下對(duì)燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行掃氣。因此，能夠在燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)的氣氛內(nèi)存在的更多的水蒸氣冷凝后的狀態(tài)下進(jìn)行掃氣，能夠排出更多的水。
[0008](2)在上述方式的殘留水掃氣處理方法中，可以的是，所述殘留水掃氣處理方法還包括將所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)的殘留水掃氣處理的執(zhí)行的有無存儲(chǔ)于所述燃料電池系統(tǒng)所具有的存儲(chǔ)裝置的工序，對(duì)所述燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理的工序具有:在所述第二預(yù)測工序中預(yù)測為所述規(guī)定部件的溫度會(huì)成為所述第二規(guī)定溫度以下，且在所述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止之前對(duì)所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行了殘留水掃氣處理的情況下，對(duì)所述燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理而不對(duì)所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理的工序；及在所述第二預(yù)測工序中預(yù)測為所述規(guī)定部件的溫度會(huì)成為所述第二規(guī)定溫度以下，且在所述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止之前未對(duì)所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理的情況下，對(duì)所述燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)及所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理的工序。根據(jù)該方式的掃氣方法，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止前對(duì)氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行了殘留水掃氣處理的情況下，即使預(yù)測到規(guī)定部件的溫度會(huì)成為第二規(guī)定溫度以下，也不對(duì)氧化劑氣體供給機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理。因此，與在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止前對(duì)氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行了殘留水掃氣處理且在預(yù)測到規(guī)定部件的溫度會(huì)成為第二規(guī)定溫度以下的情況下也對(duì)氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理的結(jié)構(gòu)相比，能夠減少殘留水掃氣處理所需的消耗電力。而且，能夠抑制以運(yùn)轉(zhuǎn)停止后的氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)的殘留水掃氣處理為起因的燃料電池的劣化。
[0009](3)在上述方式的殘留水掃氣處理方法中，可以的是，所述第一規(guī)定溫度是0°C以下的溫度。根據(jù)該方式的殘留水掃氣處理方法，由于第一規(guī)定溫度是0°C以下的溫度，因此燃料電池系統(tǒng)的溫度會(huì)成為0°C以下的可能性高，在燃料電池系統(tǒng)中發(fā)生水的凍結(jié)的可能性高的情況下，能夠?qū)ρ趸瘎怏w供給排出機(jī)構(gòu)進(jìn)行殘留水掃氣處理。因此，能夠抑制在燃料電池系統(tǒng)中水不發(fā)生凍結(jié)的溫度條件(例如，比0°C高的條件)下的殘留水掃氣處理，能夠減少消耗電力。
[0010](4)在上述方式的殘留水掃氣處理方法中，可以的是，所述第二規(guī)定溫度是0°C。根據(jù)該方式的殘留水掃氣處理方法，在燃料電池系統(tǒng)包含的規(guī)定部件為0°C以下的情況下，即在燃料電池系統(tǒng)的溫度會(huì)成為0°C以下的可能性極高的情況下，能夠執(zhí)行燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)的殘留水掃氣處理。因此，能夠更可靠地抑制在燃料電池系統(tǒng)中水不發(fā)生凍結(jié)的溫度條件下的殘留水掃氣處理。
[0011](5)在上述方式的殘留水掃氣處理方法中，可以的是，所述規(guī)定部件是所述燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)中設(shè)置在排水用的流路上的閥和所述氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)中設(shè)置在排水用的流路上的閥中的至少一方。燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)中設(shè)置在排水用的流路上的閥和氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)中設(shè)置在排水用的流路上的閥都是利用重力進(jìn)行排水，從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，通常配置在燃料電池系統(tǒng)的鉛垂下方且更接近外部的位置。因此，這些閥容易受到環(huán)境溫度的影響，在低溫環(huán)境下溫度最容易下降。因此，在這些閥中的至少一方為第二規(guī)定溫度以下的情況下執(zhí)行殘留水掃氣處理，從而能夠在燃料電池系統(tǒng)的各構(gòu)成要素的溫度成為第二規(guī)定溫度以下之前進(jìn)行殘留水掃氣處理。
[0012]本發(fā)明能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，能夠以燃料電池系統(tǒng)、搭載有燃料電池系統(tǒng)的燃料電池汽車、用于實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)中的殘留水掃氣處理的程序、記錄有上述程序的記錄介質(zhì)等方式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示應(yīng)用了作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的殘留水掃氣處理方法的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0014]圖2是表示在燃料電池系統(tǒng)中執(zhí)行的殘留水掃氣處理的順序的流程圖。
[0015]圖3A是表示本實(shí)施方式的結(jié)束時(shí)殘留水掃氣判定處理的順序的流程圖。
[0016]圖3B是表示圖3A所示的步驟S200的處理的詳細(xì)順序的流程圖。
[0017]圖4是表示本實(shí)施方式的駐車時(shí)殘留水掃氣判定處理的順序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]A.實(shí)施方式:
[0019]Al.系統(tǒng)結(jié)構(gòu):
[0020]圖1是表示應(yīng)用了作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的殘留水掃氣處理方法的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的框圖。本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)10作為用于供給驅(qū)動(dòng)用電力的系統(tǒng)，搭載于燃料電池汽車來使用。燃料電池系統(tǒng)10具備燃料電池100、也被稱為燃料氣體供給排出系統(tǒng)的燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)200、也被稱為氧化劑氣體供給排出系統(tǒng)的氧化劑氣體供給排出機(jī)構(gòu)300、也被稱為燃料電池循環(huán)冷卻系統(tǒng)的燃料電池循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)400、也被稱為電力充放電系統(tǒng)的電力充放電機(jī)構(gòu)500、控制裝置600、起動(dòng)控制裝置700。
[0021]燃料電池100是所謂固體高分子型燃料電池，具備由沿著層疊方向SD層疊的多個(gè)單電池110構(gòu)成的電池組、配置在電池組的兩端而作為綜合電極起作用的一對(duì)集電板111。各單電池110通過向隔著固體高分子電解質(zhì)膜設(shè)置的陽極側(cè)催化劑電極層供給的作為燃料氣體的氫與向陰極側(cè)催化劑電極層供給的作為氧化劑氣體的空氣中包含的氧的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力。催化劑電極層構(gòu)成為包括載持有催化劑例如鉑(Pt)的碳粒子和電解質(zhì)。在單電池110中兩電極側(cè)的催化劑電極層的外側(cè)配置有由多孔體形成的氣體擴(kuò)散層。作為多孔體，可使用例如碳紙及碳布等碳多孔體、或金屬網(wǎng)及發(fā)泡金屬等金屬多孔體。在燃料電池100的內(nèi)部，用于使燃料氣體、氧化劑氣體及冷卻介質(zhì)流通的歧管(圖示省略)沿著層疊方向SD形成。
[0022]燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)200進(jìn)行向燃料電池100的燃料氣體的供給及從燃料電池100的陽極側(cè)廢氣的排出。燃料氣體供給排出機(jī)構(gòu)200具備氫罐210、截止閥220、噴射器221、氣液分離器250、循環(huán)用栗240、清洗閥260、